第3章 節(jié)流調(diào)速回路

1、第三章 節(jié)流調(diào)速回路分析 液壓系統(tǒng)常常需要調(diào)節(jié)的運(yùn)動速度，以適應(yīng)主機(jī)的工作循環(huán)需要。液壓缸的速度為： Aq 液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速: MVqn 式中 q 輸入液壓缸或液壓馬達(dá)的流量； A 液壓缸的有效面積（相當(dāng)于排量）； VM 液壓馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量。 由以上兩式可以看出，要控制缸和馬達(dá)的速度，可以通過改變流入流量來實(shí)現(xiàn)，也可以通過改變排量來實(shí)現(xiàn)。 對于液壓缸來說，通過改變其有效作用面積A（相當(dāng)于排量）來調(diào)速是不現(xiàn)實(shí)的，一般只能用改變流量的方法來調(diào)速。 對變量馬達(dá)來說，調(diào)速既可以改變流量，也可改變馬達(dá)排量。定量泵節(jié)流調(diào)速回路定量泵節(jié)流調(diào)速回路 回路組成：定量泵，流量控制閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥回路組成：定量泵，

2、流量控制閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥等），溢流閥，執(zhí)行元件。其中流量控制閥起流量調(diào)等），溢流閥，執(zhí)行元件。其中流量控制閥起流量調(diào)節(jié)作用，溢流閥起壓力補(bǔ)償或安全作用。節(jié)作用，溢流閥起壓力補(bǔ)償或安全作用。按流量控制閥安放位置的不同分：按流量控制閥安放位置的不同分： 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路 將流量控制閥串聯(lián)在液壓泵將流量控制閥串聯(lián)在液壓泵與液壓缸之間。與液壓缸之間。 回油節(jié)流調(diào)速回路回油節(jié)流調(diào)速回路 將流量控制閥串聯(lián)在液壓缸將流量控制閥串聯(lián)在液壓缸與油箱之間。與油箱之間。 旁路節(jié)流調(diào)速回路旁路節(jié)流調(diào)速回路 將流量控制閥安裝在液壓缸將流量控制閥安裝在液壓缸并聯(lián)的支路上。并聯(lián)的支路上。 下面分析節(jié)流調(diào)速

3、回路的速度負(fù)載特性、功率特性。下面分析節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性、功率特性。分析時忽略油液壓縮性、泄漏、管道壓力損失和執(zhí)行分析時忽略油液壓縮性、泄漏、管道壓力損失和執(zhí)行元件的機(jī)械摩擦等。設(shè)節(jié)流口為薄壁小孔，節(jié)流口壓元件的機(jī)械摩擦等。設(shè)節(jié)流口為薄壁小孔，節(jié)流口壓力流量方程中力流量方程中 m1/2。進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路qp=q1+qp1A1=Fq1=KATp1/2 =KAT(pp- F/A1)1/2V =q1/A1 =KAT(pp- F/A1)1/2/A1qp=q1+qppA1=p2A2+Fq2=KATp21/2 =KAT(ppA1/A2-F/A2)1/2V =q2/A2 =K

4、AT(ppA1/A2-F/A2)1/2/A2流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程活塞受力平衡方程活塞受力平衡方程節(jié)流閥壓力流量方程節(jié)流閥壓力流量方程速度負(fù)載特性方程速度負(fù)載特性方程 進(jìn)回油節(jié)流調(diào)速回路的進(jìn)回油節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性速度負(fù)載特性及及功率特性功率特性 調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流面積調(diào)節(jié)節(jié)流閥通流面積AT可無級調(diào)節(jié)液壓缸活塞速度，可無級調(diào)節(jié)液壓缸活塞速度，v與與AT成成正比。正比。 當(dāng)當(dāng)AT一定時，速度隨負(fù)載的增加而下降。當(dāng)一定時，速度隨負(fù)載的增加而下降。當(dāng)v=0時，最大承載時，最大承載能力能力Fmax=psA1。 速度隨負(fù)載變化而變化的程度，表現(xiàn)為速度負(fù)載特性曲線的速度隨負(fù)載變化而變化的程度，表現(xiàn)

5、為速度負(fù)載特性曲線的斜率不同，常用速度剛性斜率不同，常用速度剛性 kv 來評價。來評價。 Kv=-dF/dv=-1/tg=2 (psA1-FL)/v 它它表示負(fù)載變化時回路阻抗速度變化的能力。表示負(fù)載變化時回路阻抗速度變化的能力。 液壓缸在高速和大負(fù)載時，速度受負(fù)載變化的影響大，即回液壓缸在高速和大負(fù)載時，速度受負(fù)載變化的影響大，即回路的速度剛性差。路的速度剛性差。 回路的輸出功率與回路的輸入功率之比定義成回路效率。回路的輸出功率與回路的輸入功率之比定義成回路效率。=(Pp-P )/Pp=pLqL/psqp 進(jìn)回油節(jié)流調(diào)速回路既有溢流損失，又有節(jié)流損失，回路效進(jìn)回油節(jié)流調(diào)速回路既有溢流損失，又

6、有節(jié)流損失，回路效率較低。當(dāng)實(shí)際負(fù)載偏離最佳設(shè)計(jì)負(fù)載時效率更低。率較低。當(dāng)實(shí)際負(fù)載偏離最佳設(shè)計(jì)負(fù)載時效率更低。 這種回路適用于低速、小負(fù)載、負(fù)載變化不大和對速度這種回路適用于低速、小負(fù)載、負(fù)載變化不大和對速度穩(wěn)定性要求不高的小功率場合。穩(wěn)定性要求不高的小功率場合。 進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路的不同之處進(jìn)、回油節(jié)流調(diào)速回路的不同之處： 回油節(jié)流調(diào)速回路回油腔有一定背壓，故液壓缸能承受負(fù)值回油節(jié)流調(diào)速回路回油腔有一定背壓，故液壓缸能承受負(fù)值負(fù)載，且運(yùn)動速度比較平穩(wěn)。負(fù)載，且運(yùn)動速度比較平穩(wěn)。 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路容易實(shí)現(xiàn)壓力控制。工作部件運(yùn)動碰到死進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路容易實(shí)現(xiàn)壓力控制。工作部件運(yùn)動碰到死擋鐵后，

7、液壓缸進(jìn)油腔壓力上升至溢流閥調(diào)定壓力，壓力繼擋鐵后，液壓缸進(jìn)油腔壓力上升至溢流閥調(diào)定壓力，壓力繼電器發(fā)出信號，可控制下一步動作。電器發(fā)出信號，可控制下一步動作。 回油節(jié)流調(diào)速回路中，油液經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱后回油箱冷卻，對回油節(jié)流調(diào)速回路中，油液經(jīng)節(jié)流閥發(fā)熱后回油箱冷卻，對系統(tǒng)泄漏影響小。系統(tǒng)泄漏影響小。 在組成元件相同的條件下，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路在同樣的低速在組成元件相同的條件下，進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路在同樣的低速時節(jié)流閥不易堵塞。時節(jié)流閥不易堵塞。 回油節(jié)流調(diào)速回路回油腔壓力較高，特別是負(fù)載接近零時，回油節(jié)流調(diào)速回路回油腔壓力較高，特別是負(fù)載接近零時，壓力更高，這對回油管的安全、密封及壽命均有影響。壓力更

8、高，這對回油管的安全、密封及壽命均有影響。 為了提高回路的綜合性能，一般采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，為了提高回路的綜合性能，一般采用進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路，并在回油路上加背壓閥。并在回油路上加背壓閥。旁路節(jié)流調(diào)速回路旁路節(jié)流調(diào)速回路 速度受負(fù)載變化的影響大，在速度受負(fù)載變化的影響大，在小負(fù)載或低速時，曲線陡，回小負(fù)載或低速時，曲線陡，回路的速度剛性差。路的速度剛性差。 在不同節(jié)流閥通流面積下，回在不同節(jié)流閥通流面積下，回路有不同的最大承載能力。路有不同的最大承載能力。AT越大，越大，F(xiàn)max越小，回路的調(diào)速越小，回路的調(diào)速范圍受到限制。范圍受到限制。 只有節(jié)流功率損失，無溢流功只有節(jié)流功率損失，無溢流功率

9、損失，回路效率較高。率損失，回路效率較高。改善節(jié)流調(diào)速負(fù)載特性的回路改善節(jié)流調(diào)速負(fù)載特性的回路在節(jié)流閥調(diào)速回路中，當(dāng)負(fù)載變在節(jié)流閥調(diào)速回路中，當(dāng)負(fù)載變化時，因節(jié)流閥前后壓力差變化，化時，因節(jié)流閥前后壓力差變化，通過節(jié)流閥的流量均變化，故回通過節(jié)流閥的流量均變化，故回路的速度負(fù)載特性比較差。若用路的速度負(fù)載特性比較差。若用調(diào)速閥代替節(jié)流閥，回路的負(fù)載調(diào)速閥代替節(jié)流閥，回路的負(fù)載特性將大為提高。特性將大為提高。調(diào)速閥可以裝在回路的進(jìn)油、回調(diào)速閥可以裝在回路的進(jìn)油、回油或旁路上。負(fù)載變化引起調(diào)速油或旁路上。負(fù)載變化引起調(diào)速閥前后壓差變化時，由于定差減閥前后壓差變化時，由于定差減壓閥的作用，通過調(diào)速閥

10、的流量壓閥的作用，通過調(diào)速閥的流量基本穩(wěn)定?；痉€(wěn)定。 旁路節(jié)流調(diào)速回路的最大承載能旁路節(jié)流調(diào)速回路的最大承載能力不因力不因AT增大而減小。增大而減小。 由于增加了定差減壓閥的壓力損由于增加了定差減壓閥的壓力損失，回路功率損失較節(jié)流閥調(diào)速失，回路功率損失較節(jié)流閥調(diào)速回路大。調(diào)速閥正常工作必須?；芈反?。調(diào)速閥正常工作必須保持持0.51MPa的壓差，的壓差，旁通型調(diào)速閥只能用于進(jìn)油節(jié)流旁通型調(diào)速閥只能用于進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路中。調(diào)速回路中。 節(jié)流調(diào)速回路有，旁路節(jié)流調(diào)速旁路節(jié)流調(diào)速三種基本形式。V進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速回路正常工作的條件:泵的出口壓力為溢流閥的調(diào)定壓力并保持定值。注注意意 節(jié)

11、流閥串聯(lián)在泵和缸之間（1 1）速度負(fù)載特性）速度負(fù)載特性 當(dāng)不考慮泄漏和壓縮時，活塞運(yùn)動速度為： 11Aq 活塞受力方程為： 11AFp 缸的流量方程為： mTTpCAq)(1mpTppCAq)(11 =mpTAFpCA)(1p2 液壓缸回油腔壓力，p20。 F 外負(fù)載力； 式中：mpTppCAq)(11 =mpTAFpCA)(1 于是 mpmTFApACAAq)(11111式中C 與油液種類等有關(guān)的系數(shù)；AT 節(jié)流閥的開口面積；Tp1ppppT節(jié)流閥前后的壓強(qiáng)差，m 為節(jié)流閥的指數(shù)；當(dāng)為薄壁孔口時，m =0.5。mpmTFApACAAq)(11111 式 為進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性方

12、程。以v為縱坐標(biāo),FL為橫坐標(biāo)，將式按不同節(jié)流閥通流面積AT作圖，可得一組拋物線，稱為進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的速度負(fù)載特性曲線。mpmTFApACAAq)(11111進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性曲線 100minmaxmaxcR（2 2）功率特性）功率特性 上圖中，液壓泵輸出功率即為該回路的輸入功率為： pppqpPFFP11111qpAq 回路的功率損失為： 111qpqpPPPppp11)()(qppqqpTpp=1qpqpTp=而缸的輸出功率為： 式中 溢流閥的溢流量, 。 q1qqqp 進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路的功率損失由兩部分組成：溢流功率損失 和節(jié)流功率損失 qpPp112qpPT1qpq

13、pPTppqpqpPPPppp11V 回油路節(jié)流調(diào)速回路采用同樣的分析方采用同樣的分析方法可以得到與進(jìn)油法可以得到與進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路相路節(jié)流調(diào)速回路相似的速度負(fù)載特性似的速度負(fù)載特性.mpmFApACAT)(112 節(jié)流閥串聯(lián)在節(jié)流閥串聯(lián)在液壓缸的回油路上液壓缸的回油路上，進(jìn)油路和回油路節(jié)流調(diào)速的比較進(jìn)油路和回油路節(jié)流調(diào)速的比較 回油節(jié)流調(diào)速能承受一定的負(fù)值負(fù)載 回油節(jié)流調(diào)速回路運(yùn)動平穩(wěn)性好。 進(jìn)油節(jié)流調(diào)速的油液發(fā)熱會使缸的內(nèi)外泄漏增加； 回油節(jié)流調(diào)速回路中重新啟動時背壓不能立即建立，會引起瞬間工作機(jī)構(gòu)的前沖現(xiàn)象。 進(jìn)油路、回油路節(jié)流調(diào)速回路結(jié)構(gòu)簡單，但效率較低，只宜用在負(fù)載變化不大，低速、

14、小功率場合，如某些機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中。 旁油路節(jié)流調(diào)速回路 節(jié)流閥裝在與節(jié)流閥裝在與液壓缸并聯(lián)的支液壓缸并聯(lián)的支路上，利用節(jié)流路上，利用節(jié)流閥把液壓泵供油閥把液壓泵供油的一部分排回油的一部分排回油箱實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)箱實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)溢流閥作安全閥用，溢流閥作安全閥用，液壓泵的供油壓力液壓泵的供油壓力P Pp p取決于負(fù)載取決于負(fù)載。 （1 1）速度負(fù)載特性）速度負(fù)載特性 考慮到泵的工作壓力隨負(fù)載變化，泵的輸出流量qp應(yīng)計(jì)入泵的泄漏量隨壓力的變化 ,采用與前述相同的分析方法可得速度表達(dá)式為： pq式中 qpt泵的理論流量； k泵的泄漏系數(shù)，其余符號意義同前。 1)()(11111AAFCAAFkqvAqq

15、qAqvmTptptp(8.8)（2 2）功率特性）功率特性 回路的輸入功率ppqpP1 回路的輸出功率11111qpApFP回路的功率損失 qpqpqpPPPpp11111回路效率 ppqqqpqpPPp11111旁路節(jié)流調(diào)速只有節(jié)旁路節(jié)流調(diào)速只有節(jié)流損失，無溢流損失流損失，無溢流損失，功率損失較小。 注意注意:節(jié)流調(diào)速回路速度負(fù)載特性比較軟，變載荷下的運(yùn)動平穩(wěn)性比較差。為了克服這個缺點(diǎn)，回路中的節(jié)流閥可用調(diào)速閥來代替。 用于功率較大且對速度穩(wěn)定性要求不高的場合溢流閥不僅用溢流閥不僅用來將多余的油來將多余的油液排回油箱，液排回油箱，而且作為節(jié)流而且作為節(jié)流閥的壓力補(bǔ)償閥的壓力補(bǔ)償閥，保證在負(fù)

16、閥，保證在負(fù)載變化時，節(jié)載變化時，節(jié)流閥進(jìn)、出口流閥進(jìn)、出口壓差為一常數(shù)。壓差為一常數(shù)?；赜吐饭?jié)流調(diào)速回路 節(jié)流閥壓差節(jié)流閥壓差： 閥芯上力的平衡方閥芯上力的平衡方程式為：程式為： 一般取一般取1PPPP0110)()(AFPPPFPPASPSP即常數(shù)0AFPSa.50.30MPP 彈簧因補(bǔ)償負(fù)載波動而引起的閥芯位移量彈簧因補(bǔ)償負(fù)載波動而引起的閥芯位移量也很小，因此可認(rèn)為也很小，因此可認(rèn)為 （1）負(fù)載特性）負(fù)載特性 進(jìn)入液壓缸的流量即液壓缸的速度不進(jìn)入液壓缸的流量即液壓缸的速度不僅與節(jié)流閥開度有關(guān)，而與負(fù)載或負(fù)載壓僅與節(jié)流閥開度有關(guān)，而與負(fù)載或負(fù)載壓力變化無關(guān)，即回路的速度剛性在理論上力變化無

17、關(guān)，即回路的速度剛性在理論上為無窮大。為無窮大。 （2）調(diào)節(jié)特性）調(diào)節(jié)特性 液壓缸速度正比于節(jié)流閥的通流面積。液壓缸速度正比于節(jié)流閥的通流面積。 液壓泵的工作壓力液壓泵的工作壓力 能自動跟隨負(fù)能自動跟隨負(fù)載載F F或負(fù)載壓力或負(fù)載壓力 的增減而增減，并的增減而增減，并且始終比負(fù)載壓力且始終比負(fù)載壓力 大一恒定值，大一恒定值，即即: : 因而，稱這種回路為壓力適應(yīng)回路因而，稱這種回路為壓力適應(yīng)回路。PP1P1P0101AFAFAFPPSSP比例方向閥的壓力適應(yīng)回路比例方向閥的壓力適應(yīng)回路 1-道流閥 2-壓力閥 3-節(jié)流閥 4-比例方向閥 節(jié)流閥節(jié)流閥3是用來調(diào)節(jié)液壓泵壓力相應(yīng)升高或是用來調(diào)節(jié)液

18、壓泵壓力相應(yīng)升高或降低快慢的，防止壓力沖擊。降低快慢的，防止壓力沖擊。 壓力閥壓力閥2限制了回路所能達(dá)到的最高工作壓限制了回路所能達(dá)到的最高工作壓力，防止回路過載，起安全保護(hù)作用。力，防止回路過載，起安全保護(hù)作用?；芈沸驶芈沸剩?液壓泵的輸出功率液壓泵的輸出功率： 液壓缸的輸入功率液壓缸的輸入功率： 回路效率回路效率：psppqAFAFqpP)(01p213103011)(PPPqpqAFqpqqAFpqpPppspppspcpsppqAFpqpqpqp)(011111 功率適應(yīng)回路，由以下四個基本元件組成：功率適應(yīng)回路，由以下四個基本元件組成： 1、比例方向閥、比例方向閥 2、功率適應(yīng)閥、功率適應(yīng)閥 3、液壓泵、液壓泵 4、液壓缸、液壓缸 （1）負(fù)載特性）負(fù)載特性 負(fù)載流量即液壓缸工作速度，不會因負(fù)載負(fù)載流量即液壓缸工作速度，不會因負(fù)載的變化而變化，即回路的速度剛性在理論的變化而變化，即回路的速度剛性在理論上是無窮大。上是無窮大。 （2）調(diào)節(jié)特性）調(diào)節(jié)特性 液壓缸的工作速度液壓缸的工作速度V隨隨a（比例方向閥閥口（比例方向閥閥口通流面積）的增減而線性的增減。